JPH01107737A - Optical fiber probe connector for physiological measuring apparatus - Google Patents

Optical fiber probe connector for physiological measuring apparatus

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JPH01107737A
JPH01107737A JP63239118A JP23911888A JPH01107737A JP H01107737 A JPH01107737 A JP H01107737A JP 63239118 A JP63239118 A JP 63239118A JP 23911888 A JP23911888 A JP 23911888A JP H01107737 A JPH01107737 A JP H01107737A
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oxygen
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chemical indicator
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Abstract

PURPOSE: To obtain an optical fiber probe connector of a physiological measuring instrument by providing this connector with a sealed annular passage in the longitudinal direction which is packed with an optically active chemical indicator pressed to its closed end and in which the balance is a socket cavity opened for the purpose of an optical fiber core. CONSTITUTION: The connector 10 is a cylindrical member consisting of a sheath 11 which forms the cavity packed with the optically active chemical indicator material 13 and an end cap 12. The connector has an internal passage cavity 14 which is an annular groove acting as a female socket for the terminal strand of the optical fiber. The diameter of the cavity 14 snugly houses the optical fiber and embodies the contact and optical coupling with the optically active material 13 capsulated at a boundary joint part 15. The sleeve connector 10 is a gaseous oxygen sensor and the indicator material consists of oxygen extinction fluorescent dyes 16 dispersed into a polymer matrix 17. The sheath 11 consists of a gas permeable material, such as hydrophobic expanded polypropylene and silicone polymer, as the armor of the oxygen sensitive fluorescent dye material 13.

Description

【発明の詳細な説明】 主1里皇室量 本発明は、体液成分の測定のため体内に埋込むための光
フアイバープローブ装置に、さらに詳しくは血液または
組織中の酸素およびグルコースの生理学的測定に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fiber optic probe device for implantation within the body for the measurement of body fluid components, and more particularly relates to the physiological measurement of oxygen and glucose in blood or tissue. .

生理的酸素およびグルコース測定は多くの理由で重要で
ある。心肺バイパス心臓手術のようなある種の医学的操
作の間、血液酸素飽和レベルの光学的測定の利益は明ら
かである。糖尿病のような代謝機能不全を指示する血液
組織または血清中のグルコースの生理学的測定も等しく
重要である。
Physiological oxygen and glucose measurements are important for many reasons. During certain medical procedures, such as cardiopulmonary bypass heart surgery, the benefits of optical measurement of blood oxygen saturation levels are obvious. Equally important are physiological measurements of glucose in blood tissue or serum, which are indicative of metabolic dysfunctions such as diabetes.

血液酸素飽和度の測定のための光フアイバー装置は良く
知られている。オスドロウスキーらの米国特許筒3,8
07,390号には、生体の心脈管系へカテーテル先端
の挿入による、ヒト血液中の血液酸素  。
Fiber optic devices for measuring blood oxygen saturation are well known. Osdrowski et al.'s U.S. patent cylinder 3,8
No. 07,390 describes blood oxygenation in human blood by insertion of a catheter tip into the cardiovascular system of a living body.

飽和度の生体内モニタリング用光フアイバーカテーテル
が開示されている。
A fiber optic catheter for in-vivo monitoring of saturation is disclosed.

ヒックスらの米国特許筒3.542.662号には、血
液および血清中のグルコース測定に使用するための生電
極が記載されている。この特許装置においては、酵素反
応が電極プロセスと組み合わされる。
US Pat. No. 3,542,662 to Hicks et al. describes a live electrode for use in measuring glucose in blood and serum. In this patented device, an enzymatic reaction is combined with an electrode process.

固定化グルコースオキシダーゼの膜よりなるグルコース
電極が記載されている。酵素電極が生理的溶液または組
織と接触する時、グルコースおよび酸素は酵素層内へ拡
散し、過酸化水素およびグルコン酸の対応する外への流
れを発生する。酸素飽和レベルと、系内に存在するグル
コン酸および過酸化物の量の間の関係が次に計算され、
そしてグルコースの量が確かめられる。
A glucose electrode consisting of a membrane of immobilized glucose oxidase has been described. When the enzyme electrode comes into contact with a physiological solution or tissue, glucose and oxygen diffuse into the enzyme layer, generating a corresponding outflow of hydrogen peroxide and gluconic acid. The relationship between the oxygen saturation level and the amount of gluconic acid and peroxide present in the system is then calculated,
The amount of glucose is then checked.

ハースの米国特許筒4.201.222号には、血流中
の酸素ガスの分圧を測定するための生体内の血管中へ挿
入するのに適した、光フアイバー束を含んでいる光カテ
ーテルが開示されている。このカテーテルはそれを通っ
て血液液体の侵入は排除するが血液ガスの通過を許容す
るための半透過性壁部材を含んでいる。光フアイバー束
へ入る反射可視光ビームの強度は、入射ビームの強度と
比較する時、血流中の酸素ガスの分圧に相当する。
Haas U.S. Pat. is disclosed. The catheter includes a semi-permeable wall member for excluding the ingress of blood fluids but allowing the passage of blood gases therethrough. The intensity of the reflected visible light beam entering the fiber optic bundle corresponds to the partial pressure of oxygen gas in the bloodstream when compared to the intensity of the incident beam.

本発明はルミネセンス光メカニズムを使用する化学セン
サーによって酸素およびグルコースの生体内生理学的測
定のための光フアイバー装置に関する。蛍光化合物の酸
素消光はスチープンスの米国特許筒3,612.866
号に開示され、そこには液体または気体中の酸素含量の
測定装置が記載されている。指示薬メカニズムは、芳香
族蛍光化合物に対する気体酸素の化学ルミネセンス消光
効果を基にしている。加えて、ラハーズらの米国特許筒
4゜003.707号は、指示薬エレメントが使用中酸
素分子によって消光される蛍光染料である、ピレン酪酸
である生理学的酸素を測定するための光学装置を記載す
る。これら装置のどれも複雑であり、測定装置の寸法お
よび染料指示薬システムの取り替えに配慮していない。
The present invention relates to fiber optic devices for in vivo physiological measurements of oxygen and glucose by chemical sensors using luminescent light mechanisms. Oxygen quenching of fluorescent compounds is described in US Pat. No. 3,612.866 by Stephens.
It is disclosed in issue, and it contains a measurement device for oxygen content in the liquid or gas. The indicator mechanism is based on the chemiluminescence quenching effect of gaseous oxygen on aromatic fluorescent compounds. In addition, U.S. Pat. No. 4,003,707 to Rahas et al. describes an optical device for measuring physiological oxygen in which the indicator element is pyrenebutyric acid, a fluorescent dye that is quenched by oxygen molecules during use. . All of these devices are complex and do not allow for the dimensions of the measuring device and the replacement of the dye indicator system.

ビーターソンらの米国特許筒4.476.870号は、
ジャケット化化学指示薬系で終わっている光ファイバー
の2本のストランドよりなる埋込み得る光ファイバーP
O□生理学的プローブを記載する。
U.S. Pat. No. 4,476,870 to Beaterson et al.
Implantable optical fiber P consisting of two strands of optical fiber terminating in a jacketed chemical indicator system
O□Describe the physiological probe.

指示薬エレメントは、気体透過性ポリマー材料のチュー
ブまたは封筒内にすべて充填された無機吸着剤上のベリ
レンジブチレートのようなルミネセンス酸素消光染料を
含んでいる。光が一方のストランドを通って導入され、
この光がジャケット化染料を励起して蛍光を発する。蛍
光および散乱光は次に他の光フアイバーストランドを通
って染料の酸素消光のレベルを指示する測定装置へ出る
The indicator element contains a luminescent oxygen-quenching dye, such as berylene dibutyrate, on an inorganic adsorbent, all packed within a tube or envelope of gas-permeable polymeric material. Light is introduced through one strand,
This light excites the jacketed dye, causing it to fluoresce. The fluorescent and scattered light then exits through other optical fiber strands to a measurement device that indicates the level of oxygen quenching of the dye.

ピーターソンらの装置は小型で、そして便利な体内使用
のための可撓性であるが、それは吸着した染料が終局的
に使用中流体系中へ溶出により失われ、それにより全体
の構造の取り替えを必要するという欠点を7る。
Although Peterson et al.'s device is small and flexible for convenient in-body use, it is important to note that the adsorbed dye is ultimately lost by elution into the fluid system during use, thereby requiring replacement of the entire structure. The disadvantage of needing it is 7.

前記システムの各自は特定の状況へ適用した時利益およ
び不利益を持っている。該システムの一つ以上において
は、高価なそして複雑な設備が特にグルコースセンサの
場合に必要である。さらに、ビーターソンらの装置のよ
うに、簡単なコンパクトな構造においてさえも、光学系
は一体であり、そして全体の装置は化学的センサが使用
不能になった時取り替えなければならない。それ故、化
学的センサエレメントが容易に取り替え得る比較的簡単
な生理学的光測定装置の発見に著しい関心が存在する。
Each of the systems has advantages and disadvantages when applied to particular situations. In one or more of the systems, expensive and complex equipment is required, especially in the case of glucose sensors. Furthermore, even in simple compact structures, such as the device of Beaterson et al., the optics are integral and the entire device must be replaced when the chemical sensor becomes unusable. Therefore, there is significant interest in finding relatively simple physiological light measurement devices in which the chemical sensor element can be easily replaced.

主発豆公黴翌 本発明は、体液の生理的測定のため生理学的光フアイバ
ーセンサの技術における進歩であり、そして新規な特徴
の独特の組み合わせにより、以前の類似の装置の不適切
性および欠点の多くを克服する。詳しくは、光フアイバ
ープローブ取付物を構成する特に設計された使い捨て化
学的センサが設けられ、その上の体液がそれらがモニタ
されている時流れる光フアイバ一端末センサとして作用
する。加えて、生理学的グルコースおよび酸素の測定の
ための新規な二重プローブカテーテルアセンブリを提供
するため、新規な化学的センサスリーブデザインが採用
される。
The present invention is an advancement in the technology of physiological fiber optic sensors for the physiological measurement of body fluids, and the unique combination of novel features overcomes the inadequacies and shortcomings of previous similar devices. Overcome a lot of things. Specifically, a specially designed disposable chemical sensor comprising a fiber optic probe attachment is provided, acting as a fiber optic end sensor over which body fluids flow when they are being monitored. In addition, a novel chemical sensor sleeve design is employed to provide a novel dual probe catheter assembly for physiological glucose and oxygen measurements.

本発明の装置により、患者の血流または組織中へ挿入を
意図したカテーテルを含んでいる慣用の光度計分析装置
をもって体液の光度計分析を容易に得るための手謹が提
供される。それ故、この装置は、体液の特定成分に対し
て感受的な可逆的化学的指示薬を収容する取外し自在の
スリーブコネクターよりなる化学的センサ先端を含んで
いる。
The device of the present invention provides a means to readily obtain photometric analysis of body fluids with conventional photometric analysis equipment, including catheters intended for insertion into the bloodstream or tissue of a patient. The device therefore includes a chemical sensor tip consisting of a removable sleeve connector containing a reversible chemical indicator sensitive to specific components of body fluids.

スリーブコネクターは、化学的指示薬先端への入射およ
び出射照明の伝送源である光ファイバーへ光学的かつ物
理的に連結される。光ファイバーは、センサ先端に衝突
する特定体液の反応成分によって生じた化学的指示薬物
質の変化を解釈する測光分析設備へ接続される。使用中
、指示薬スリーブ先端はカテーテル中の流体流として体
液中に浸漬されることが必須であるため、プローブ装置
は健康および安全理由のため使い捨てであることが望ま
しい。この装置の指示薬スリーブは使用を中断すること
なく便利にそして容易に取り替えることができる。
The sleeve connector is optically and physically coupled to the optical fiber that is the source of the input and output illumination to the chemical indicator tip. The optical fiber is connected to photometric analysis equipment that interprets changes in the chemical indicator substance caused by reactive components of specific body fluids that impinge on the sensor tip. During use, the probe device is desirably disposable for health and safety reasons, since it is essential that the indicator sleeve tip is immersed in body fluids as the fluid stream in the catheter. The indicator sleeve of this device can be conveniently and easily replaced without interrupting use.

回訓W哩 本発明は添付図面に図示されている。Lesson 2 The invention is illustrated in the accompanying drawings.

第1図は、体液成分のための化学的指示薬を収容する室
を有する、本発明の光センサ−スリーブコネクターの縦
断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an optical sensor-sleeve connector of the present invention having a chamber containing a chemical indicator for a body fluid component.

第2図は、生理学的グルコースの測定に有用とするため
、化学的指示薬のための多層封筒を採用する光センサ−
スリーブコネクターの他の具体例の縦断面図である。
FIG. 2 shows an optical sensor employing a multilayer envelope for a chemical indicator to be useful in measuring physiological glucose.
FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of another specific example of the sleeve connector.

第3図は、第2の化学的指示薬部分の端面を示す断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the end face of the second chemical indicator portion.

第4図は、本発明の他の具体例であり、そして第1およ
び第2のスリーブコネクター構造を使用する二重プロー
ブカテーテルの部分正面図である。
FIG. 4 is a partial front view of a dual probe catheter that is another embodiment of the invention and uses first and second sleeve connector structures.

ましい貝  の苦 なU この光センサーは生理的酸素飽和度の測定にその主要な
用途があるが、それは同様な挙動を示し、そしてここで
展開する基準を満たす他の物理的現象の測定にも満足に
適用することができる。生理的酸素およびグルコースの
測定のための装置が例証実施例および好ましい具体例と
して用いられるであろう。
Although this optical sensor has its primary use in measuring physiological oxygen saturation, it can be used to measure other physical phenomena that exhibit similar behavior and meet the criteria developed here. can also be applied satisfactorily. Devices for physiological oxygen and glucose measurements will be used as illustrative examples and preferred embodiments.

第1図は、本発明の光スリーブセンサーコネクター素子
10の縦断面を図示する。コネクターIOは、生物学的
環境において生理的成分と相互作用する染料またはルミ
ネセンス材料を一般に含む光学的に活性な化学的指示薬
材料13を充填した空洞を形成する、さや11と端部キ
ャップ12よりなる円筒形部材である。また光ファイバ
ー(図示せず)の終末ストランドのための雌ソケットと
して作用する環状みぞである内部通路空胴14も示され
ている。空胴14の直径は、光ファイバーをぴったりと
収容し、それにより界面接合部15においてカプセル化
された光学活性材料13との当接および光学的カップリ
ングを実現するように光ファイバーのコアと釣り合った
またはそれと実質上同じ寸法である。それ放光ファイバ
ーの先端は界面接合部15において化学的指示薬材料に
対してしっかりと圧接されていなければならない。
FIG. 1 illustrates a longitudinal section of an optical sleeve sensor connector element 10 of the present invention. The connector IO includes a sheath 11 and an end cap 12 that form a cavity filled with an optically active chemical indicator material 13, typically including a dye or luminescent material that interacts with physiological components in a biological environment. It is a cylindrical member. Also shown is the internal passageway cavity 14, which is an annular groove that acts as a female socket for the terminal strand of optical fiber (not shown). The diameter of the cavity 14 is proportionate or proportionate to the core of the optical fiber so as to snugly accommodate the optical fiber and thereby provide abutment and optical coupling with the encapsulated optically active material 13 at the interfacial junction 15. It has virtually the same dimensions. The tip of the emitting fiber must be firmly pressed against the chemical indicator material at the interfacial joint 15.

図示するように、スリーブコネクター10は酸素ガスセ
ンサーであり、そして指示薬材料はポリマーマトリック
ス17中に分散された酸素消光蛍光染料16よりなる。
As shown, the sleeve connector 10 is an oxygen gas sensor and the indicator material consists of an oxygen-quenching fluorescent dye 16 dispersed in a polymer matrix 17.

加えて、酸素感受体蛍光染料材料13の外張りとして、
さや11は良く知られた疎水性膨張ポリプロピレンおよ
びシリコンポリマーのような気体透過性材料よりなる。
In addition, as an outer lining for the oxygen receptor fluorescent dye material 13,
The sheath 11 is comprised of gas permeable materials such as well known hydrophobic expanded polypropylene and silicone polymers.

先端12は、血液、組織または血清と遭遇するカテーテ
ル内にある時、生理学的流体流と直面しそして接触する
この構造のエレメントであり、そしてやはり気体透過性
材料でなければならない。別体のエレメントとして図示
したが、端部キャップ12はさや1工と一体とし、そし
て同じ材料であるかまたは異なる気体透過性組成物から
なることができる。もし端部キャップ11がさや11と
同じ気体透過性材料であるならば、それは好ましくは膜
のような一層薄い形にある。
Tip 12 is the element of this structure that faces and contacts physiological fluid flow when in a catheter encountering blood, tissue or serum, and must also be of gas permeable material. Although shown as a separate element, the end cap 12 is integral to the sheath and can be of the same material or of a different gas permeable composition. If end cap 11 is the same gas permeable material as sheath 11, it is preferably in a thinner form, such as a membrane.

指示薬素子13に使用すべき酸素消光染料材料の適切な
例は、オビアットらの米国特許出願第071047、6
90およびスーらの同071000.537にそれぞれ
記載されているシリコーン染料蛍光ポリマー材料を含む
。他の例はビス−2−エチルへキシルフタレート中の蛍
光染料ピレン酪酸を含む。なお他の例は室温加硫シリコ
ーンポリマー中に埋め込まれたペリレンおよびベンゾペ
リレンを含む。、この光フアイバースリーブコネクター
は取り替え可能であるため、指示酸素消光蛍光染料は染
料溶出を避けるためポリマーマトリックスへ埋め込みま
たは化学的に結合させることは必須ではない。それ故染
料またはルミネセンス材料はポリマー結合材料へ吸着ま
たは混合することができる。
A suitable example of an oxygen-quenching dye material to be used in the indicator element 13 is disclosed in U.S. Patent Application No. 071047,6 by Oviatt et al.
90 and Hsu et al. 071000.537, respectively. Other examples include the fluorescent dye pyrenebutyric acid in bis-2-ethylhexyl phthalate. Still other examples include perylene and benzoperylene embedded in room temperature vulcanizable silicone polymers. Since this fiber optic sleeve connector is replaceable, it is not necessary for the indicator oxygen-quenching fluorescent dye to be embedded or chemically bonded to the polymer matrix to avoid dye elution. Dyes or luminescent materials can therefore be adsorbed or mixed into the polymeric binding material.

さや材料11おらび指示薬エレメント13のポリマーマ
トリックスは、シリコンポリマー、ポリエステルまた任
意の気体透過性合成プラスチック材料のような、任意の
気体拡散性疎水性材料からなることができる。好ましい
さや材料11は、セラニーズ社によって商標CELGA
RDのもとに販売されている多孔質膨張ポリプロピレン
チューブである。他の好ましいポリマーは四フフ化エチ
レンおよびポリジメチルシロキサンを含む。
The polymeric matrix of the sheath material 11 and indicator element 13 can be comprised of any gas diffusive hydrophobic material, such as silicone polymer, polyester or any gas permeable synthetic plastic material. A preferred sheath material 11 is manufactured by Celanese Corporation under the trademark CELGA.
Porous expanded polypropylene tubing sold under RD. Other preferred polymers include tetrafluoroethylene and polydimethylsiloxane.

第2図は、24は同じ光フアイバープローブソケットみ
ぞである、本発明の多層チューブ状グルコース指示薬ス
リーブ20の形の本発明の他の具体例を示す。同様に、
雌ソケットみぞ24は25において終わり、そして第1
図の化学的指示薬エレメント13と同じである化学的指
示薬充填部分とインターフェースする。21として指定
したさやもしくは外張り部分は第1図のさや11に機能
的に対応するが、しかし化学的指示薬23のための多層
外張りを含んでいる。指示薬部分23を直接包むのは膨
張ポリプロピレンのような気体透過性材料の薄い円筒壁
であり、そしてここでは内側層28として指定される。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention in the form of a multilayer tubular glucose indicator sleeve 20 of the present invention in which 24 is the same fiber optic probe socket groove. Similarly,
The female socket groove 24 ends at 25 and the first
It interfaces with a chemical indicator filling portion which is the same as chemical indicator element 13 in the figure. The sheath or sheath portion designated as 21 corresponds functionally to sheath 11 of FIG. 1, but includes a multilayer sheath for the chemical indicator 23. Immediately surrounding indicator portion 23 is a thin cylindrical wall of gas permeable material such as expanded polypropylene, and is designated herein as inner layer 28 .

内側層28の上に被覆されるのはサンドイッチ層29で
あり、これはグルコース転化層であり、そしてポリマー
マトリックス中に分散された、またはグルタルアルデヒ
ドで架橋されたグルコースオキシダーゼを含む。グルコ
ースコネクタースリーブ20の円筒部分全体の上に重ね
られ、そしてジャケット化するのは膨張ポリプロピレン
のような気体透過性材料の上側層28である。エレメン
ト20の端部キャップ22は第1図のエレメント12に
ついて記載したものと同じである。接合部25において
カプセル化した化学的指示薬23との光学的インターフ
ェース接続を形成するための光ファイバーコアと空胴2
4とのスライド自在な雌相互作用は第1図について与え
た結合の説明と同じである。
Coated over inner layer 28 is sandwich layer 29, which is a glucose conversion layer and includes glucose oxidase dispersed in a polymer matrix or cross-linked with glutaraldehyde. Overlying and jacketing the entire cylindrical portion of glucose connector sleeve 20 is an upper layer 28 of gas permeable material such as expanded polypropylene. End cap 22 of element 20 is the same as described for element 12 of FIG. Optical fiber core and cavity 2 for forming an optical interface connection with the encapsulated chemical indicator 23 at junction 25
The sliding female interaction with 4 is the same as the connection description given for FIG.

第2図のチューブ形状は第3図にもっと明瞭に示されて
おり、そこには多層外張り21のソケット空胴24を示
す断面図が示されている。見られるように、空胴24お
よび指示薬材料(図示せず)は、外周を内側層および上
側層28とそしてサンドイッチ層29であるグルコース
オキシダーゼ触媒によって包まれている。後で記載する
二重プローブグルコースセンサーカテーテルの効、果的
作動を可能にするのはこの多重チューブ構造である。
The tube shape of FIG. 2 is shown more clearly in FIG. 3, where a cross-sectional view showing the socket cavity 24 of the multilayer cladding 21 is shown. As can be seen, the cavity 24 and indicator material (not shown) are surrounded at the outer periphery by the inner and upper layers 28 and the sandwich layer 29 of the glucose oxidase catalyst. It is this multi-tube structure that enables efficient operation of the dual probe glucose sensor catheter described below.

第1図の酸素ガス指示薬スリーブは以下の態様で製作さ
れる。240ミクロン直径のCELCARD膨張ポリプ
ロピレン中空チューブの2cm長さをカットする。Ru
 (4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン
)ICl3と、未硬化ポリジメチルシロキサン架橋バイ
ンダーよりある酸素消光染料指示薬組成物を注射筒に用
意する。ポリプロピレンチューブの環状通路を3/4ま
で染料組成物で満たし、そして硬化させる。チューブの
開放端の一端をポリプロピレンおよび染料指示薬の連続
円形断面が露出するようにかみそり刃で縁取りする。連
続端部片をポリジメチルシロキサンシーラントの一部に
浸漬し、そして硬化させ、それによって第1図のエレメ
ント12に相当する膜端部キャップをチューブエレメン
ト上に形成する。開いた空胴ソケットと、そしてその中
の収容された酸素指示薬染料組成物を持っている閉じた
通路を有する光フアイバースリーブコネクターが提供さ
れる。
The oxygen gas indicator sleeve of FIG. 1 is manufactured in the following manner. Cut 2 cm lengths of 240 micron diameter CELCARD expanded polypropylene hollow tubing. Ru
An oxygen-quenching dye indicator composition consisting of (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ICl3 and an uncured polydimethylsiloxane crosslinked binder is provided in a syringe. The annular passage of the polypropylene tube is filled 3/4 with the dye composition and cured. Trim one open end of the tube with a razor blade to expose a continuous circular cross section of polypropylene and dye indicator. The continuous end piece is dipped into a portion of polydimethylsiloxane sealant and allowed to cure, thereby forming a membrane end cap on the tube element, corresponding to element 12 of FIG. A fiber optic sleeve connector is provided having an open cavity socket and a closed passageway having an oxygen indicator dye composition contained therein.

約230ミクロンの光ファイバーのストランドを製造し
たスリーブコネクターのソケット通路(第1図の空胴1
4)中へスライド自在に挿入し、染料指示薬部分(第1
図のエレメント13)の界面(第1図の15)において
光学的連結を完成させる。場合により、そして好ましく
は光ファイバーのストランドは、一体のそして除去でき
な6s光プローブ連結を形成するため、染料組成物の挿
入後硬化前にソケット通路14へ接続することができる
。この態様において、光ファイバーは未硬化染料組成物
と直接接触し、コネクターの染料指示薬部分と溶融した
光インターフエース連続(第1図のエレメント15)を
形成することができる。
The socket passage of the sleeve connector (cavity 1 in Figure 1) manufactured with a strand of optical fiber of approximately 230 microns
4) Insert the dye indicator part (first
Optical coupling is completed at the interface of element 13 in the figure (15 in Figure 1). Optionally, and preferably, a strand of optical fiber can be connected to the socket passageway 14 after insertion and prior to curing of the dye composition to form an integral and non-removable 6s optical probe connection. In this embodiment, the optical fiber can be in direct contact with the uncured dye composition to form a fused optical interface series (element 15 in FIG. 1) with the dye indicator portion of the connector.

この操作を使用する時、気体透過性端部キャ・ンプは光
ファイバーとスリーブコネクターの結合後に適用される
When using this operation, a gas permeable end camp is applied after coupling the optical fiber to the sleeve connector.

第2のグルコース指示薬を製造するため、44040ミ
フロンCELGARDポリプロピレンチューブが用意さ
れ、約4インチセグメントにかみそりでカットされる。
To make the second glucose indicator, 44040 Miflon CELGARD polypropylene tubing is prepared and cut with a razor into approximately 4 inch segments.

固定化酵素層のため、グルタルアルデヒド、グルコース
オキシダーゼ、カタラーゼ、およびウシ血清アルブミン
の溶液がグルタルアルデヒドの混合酢酸緩衝溶液を用い
て慣用の態様で調製される。ウシ血清アルブミン(BS
A)マトリックス中のグルタルアルデヒドの酵素固定化
は、ココに参照として取り入れたThomas et 
al、 Biochimie。
For the immobilized enzyme layer, solutions of glutaraldehyde, glucose oxidase, catalase, and bovine serum albumin are prepared in a conventional manner using a mixed acetate buffered solution of glutaraldehyde. Bovine serum albumin (BS
A) Enzyme immobilization of glutaraldehyde in a matrix was carried out by Thomas et al.
al., Biochimie.

Vol、  55.  pp、  229−244. 
 Monoenzymatic MoclelMemb
raneに記載された技術によって実施された。
Vol, 55. pp, 229-244.
Monoenzymatic MoclelMemb
It was carried out by the technique described in Rane.

酵素溶液は次に注射筒に入れられ、内側スペースを完全
に満たすようにポリプロピレンチューブの環状通路へ針
によって加えられる。酵素溶液の硬化前に、上に記載し
た態様で製作した未連結酸素センサースリーブを大きな
チューブへ挿入し、そして酵素層の硬化を完了させる。
The enzyme solution is then placed in the syringe and added by needle to the annular passage of the polypropylene tube so as to completely fill the inner space. Prior to curing of the enzyme solution, an unconnected oxygen sensor sleeve made in the manner described above is inserted into the large tube and curing of the enzyme layer is completed.

これで光フアイバーストランドへ物理的かつ光学的に連
結し得る第2図に一致するグルコースセンサースリーブ
コネクターの完成をもたらす。再び上で製作した酸素セ
ンサーの場合と同様に、一体の酸素センサー光フアイバ
ープローブを製造でき、そして一体のグルコースセンサ
ープローブを形成するため未硬化酵素層を持った大きい
ポリプロピレンチューブ中へ挿入することができる。
This results in a glucose sensor sleeve connector according to FIG. 2 that can be physically and optically coupled to an optical fiber strand. Again, as with the oxygen sensor fabricated above, an integrated oxygen sensor fiber optic probe can be fabricated and inserted into a large polypropylene tube with an uncured enzyme layer to form an integrated glucose sensor probe. can.

指示したように、第1図および第2図のセンサースリー
ブコネクターエレメントは気体透過性であり、蛍光染料
またはルミネセンス材料を充填し、それにより蛍光トラ
ンスジューサー13および23を形成する中空気体透過
性チューブから形成されている。このトランスジューサ
ーは、入って来る光が光ファイバーを通る光の再発光を
伴って蛍光指示薬の励起を生ずるようになっている。酸
素消光の程度は蛍光物質に影響するため、再発射光は指
示薬中の酸素濃度およびその測定に相関させることがで
きる。
As indicated, the sensor sleeve connector elements of FIGS. 1 and 2 are gas permeable and filled with a fluorescent dye or luminescent material, thereby forming the fluorescent transducers 13 and 23. It is formed from a tube. The transducer is such that incoming light causes excitation of the fluorescent indicator with re-emission of light through the optical fiber. Since the degree of oxygen quenching affects the fluorescent material, the re-emitted light can be correlated to the oxygen concentration in the indicator and its measurement.

作動において、第2図の光フアイバーグルコースセンサ
ーは、グルコースおよび酸素のある濃度を含んでいる血
液または血清と接触させられる。
In operation, the fiber optic glucose sensor of FIG. 2 is contacted with blood or serum containing a certain concentration of glucose and oxygen.

グルコースおよび酸素の両方はさや21の気体透過性層
を通って拡散するが、酸素のみが疎水性端部キャップ2
2を通って拡散することができる。
Both glucose and oxygen diffuse through the gas permeable layer of sheath 21, but only oxygen diffuses through the hydrophobic end cap 2.
can be diffused through 2.

酸素は蛍光染料ポリマー層中へ拡散し続け、そこで酸素
消光蛍光染料を消光する。流体中のグルコースおよび酸
素は、触媒を含有しそのため以下の反応を促進する固定
化グルコースオキシダーゼ層29との接触に入る。
Oxygen continues to diffuse into the fluorescent dye polymer layer where it quenches the oxygen-quenched fluorescent dye. Glucose and oxygen in the fluid come into contact with the immobilized glucose oxidase layer 29 which contains the catalyst and thus promotes the following reaction.

グルコン酸+H,0 (2) H! O!十カタラーゼ □→H!O+1/2
0xスリーブコネクター20を通って拡散する酸素のあ
る部分は層29中の酵素によって触媒されるグルコース
とe反応によって消費され、それ故23中の酸素消光蛍
光染料による検出に利用されない。グルコースの正確な
濃度を計算するため、第2図のグルコースセンサー中で
酵素反応が起こらなかったならば検出されたであろう酸
素濃度を読み取るための参照センサーとして、酸素セン
サーが必要である。適切な補償係数により、検出された
酸素の差はそのように計算されるであろうグルコース濃
度に比例するであろう。
Gluconic acid + H,0 (2) H! O! Ten catalase □→H! O+1/2
Some of the oxygen that diffuses through the 0x sleeve connector 20 is consumed by the enzyme-catalyzed glucose and e-reactions in layer 29 and is therefore not available for detection by the oxygen-quenching fluorescent dye in 23. In order to calculate the accurate concentration of glucose, an oxygen sensor is needed as a reference sensor to read the oxygen concentration that would have been detected if the enzymatic reaction had not occurred in the glucose sensor of FIG. With a suitable compensation factor, the difference in detected oxygen will be proportional to the glucose concentration so calculated.

しかしながら有用な結果を提供する系については、酸素
濃度ではなく、グルコース濃度が制限ファクターでなく
てはならない。この反応はどちらの成分が最低濃度で存
在するかによって化学量論的に制限されるので、商標T
ECOFLEXのもとにサーメディックス社が商業的に
入手し得る医療グレードポリウレタンよりなる薄い膜が
、酸素の流束ではなく、二重プローブ装置のグルコース
センシング部分中へのグルコースの流束を制限するよう
に、グルコースプローブの外側さやのまわりに配置され
る。この方法により所望の検体グルコースが制限された
種として常に存在することを確実にすることができる。
However, for a system to provide useful results, glucose concentration, not oxygen concentration, must be the limiting factor. This reaction is stoichiometrically limited depending on which component is present in the lowest concentration, so the trademark T
A thin membrane made of medical grade polyurethane, commercially available from Thermedix under the ECOFLEX designation, limits the flux of glucose into the glucose sensing portion of the dual probe device, rather than the flux of oxygen. is placed around the outer sheath of the glucose probe. This method makes it possible to ensure that the desired analyte glucose is always present as a limiting species.

第1および2図に図示したスリーブコネクターの最適用
途は二重プローブグルコース酸素センサーである。第4
図は、本発明のスリーブコネクターを使用する新規な二
重プローブカテーテルアセンブリ30を図示する。そこ
は二重プローブカテーテルアセンブリ30の必須の作動
部分が示され、2本の光ファイバー31.32が引かれ
、そしてスペクトルアナライザー(図示せず)へ接続さ
れ、そして光フアイバーストランドはハウジングヘッド
33へ入口の手前ではシースもしくはカバーされている
。図示するように、2本のファイバーはオリフィス(図
示せず)を通って一所に引かれ、そして図面では分離し
て示したチューブ状カテーテル34によって収容される
。光ファイバーの引かれた二重ストランドの先端または
端末35および36は、前述した態様で第1および2図
に示した蛍光酸素およびグルコースセンサーエレメント
へ光学的に連結される。
The optimum application for the sleeve connector illustrated in FIGS. 1 and 2 is as a dual probe glucose oxygen sensor. Fourth
The figure illustrates a novel dual probe catheter assembly 30 that uses the sleeve connector of the present invention. There the essential working parts of the dual probe catheter assembly 30 are shown, two optical fibers 31, 32 are drawn and connected to a spectrum analyzer (not shown), and the optical fiber strands enter the housing head 33. In front of it is sheathed or covered. As shown, the two fibers are drawn together through an orifice (not shown) and housed by a tubular catheter 34, shown separately in the figures. The tips or terminals 35 and 36 of the drawn dual strands of optical fiber are optically coupled to the fluorescent oxygen and glucose sensor elements shown in FIGS. 1 and 2 in the manner previously described.

スリーブセンサーは次に、ハウジング33へ固着された
チューブ状カテーテル34中に収容される。チューブ状
カテーテル34は次にヒトまたは動物体内へ直接挿入さ
れ、それにより酸素およびグルコースセンサーエレメン
トは分析すべき血液または血清と直接接触する。端末3
5および36へ取付けた指示薬エレメントは特定の血液
または血清と直接接触し、プローブの化学的指示薬から
の発射光に前記した態様で影響させる。各光フアイバー
ストランドからのスペクトルデータが測定され、そして
それぞれのチューブ状端末プローブによって指示された
標本の酸素およびグルコース含量について分析される。
The sleeve sensor is then housed in a tubular catheter 34 that is secured to the housing 33. Tubular catheter 34 is then inserted directly into the human or animal body, so that the oxygen and glucose sensor elements are in direct contact with the blood or serum to be analyzed. Terminal 3
The indicator elements attached to 5 and 36 are in direct contact with the specific blood or serum and affect the emitted light from the chemical indicator of the probe in the manner described above. Spectral data from each optical fiber strand is measured and analyzed for oxygen and glucose content of the sample indicated by the respective tubular end probe.

本発明の光学的取付は構造および光学的プローブ構造は
大量に便利良く製造することができ、そして光フアイバ
ープローブ分析を受ける物質のサンプルを光学的に測定
するため複数の装置を提供するため選択したセンサーと
組立てることができる。そのように製造した光学的取付
インターフェース構造の種々の部材が互いに交換可能に
使用することができる。光ファイバーの均一な幾何学的
形状は、光ファイバーと化学的指示薬エレメントとの間
の光インターフェースにおける光学的連結を確実にする
。このため本発明の光学的取付インターフェース構造は
、多数の光フアイバー測定または分析を正確にそして急
速に実施しなければならない状況において広い適用性を
持っている。
The optical mounting structure and optical probe structure of the present invention was selected because it can be conveniently manufactured in large quantities and provides a plurality of devices for optically measuring samples of material undergoing fiber optic probe analysis. Can be assembled with sensor. The various members of the optical mounting interface structure so produced can be used interchangeably. The uniform geometry of the optical fiber ensures optical coupling at the optical interface between the optical fiber and the chemical indicator element. The optical mounting interface structure of the present invention therefore has wide applicability in situations where multiple fiber optic measurements or analyzes must be performed accurately and rapidly.

本発明の光学的スリーブコネクターは、体液の生理学的
成分の光度計分析に連続的にそしてくり返して使用され
る光度計分析設備へ慣用のカテーテルタイプ入力を許容
することが認められるであろう。
It will be appreciated that the optical sleeve connector of the present invention allows conventional catheter-type input to photometric analysis equipment used continuously and repeatedly for photometric analysis of physiological components of body fluids.

本発明にとって特徴的であると考えられる新規な事項は
特許請求の範囲に詳細に述べられている。
The novel features considered characteristic of the invention are set out in detail in the claims.

しかしながら、本発明自体は、その構成、作動方法に関
し、その追加の目的および利益と共に、添付図面を参照
して読む時、以上の特定具体例の説明から最良に理解さ
れるであろう。
The invention itself, however, both as to its construction and method of operation, together with additional objects and advantages thereof, will be best understood from the foregoing description of specific embodiments when read in conjunction with the accompanying drawings.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の光センシングスリーブコネクターの縦
断面図、第2図は光センシングスリーブコネクターの他
の具体例のたて断面図、第3図は第2図の化学的指示薬
部分の端面を示す断面図、第4図は第1図および第2図
のスリーブコネクターを使用する二重プローブカテーテ
ルの正面図である。 10.20は光スリーブセンサーコネクター、11.2
1はさや、12.22は端部キャップ、13.23は化
学的指示薬材料、14.24は空洞である。 FIC;、4
FIG. 1 is a vertical sectional view of the optical sensing sleeve connector of the present invention, FIG. 2 is a vertical sectional view of another example of the optical sensing sleeve connector, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the chemical indicator portion of FIG. The cross-sectional view shown, FIG. 4, is a front view of a dual probe catheter using the sleeve connector of FIGS. 1 and 2. 10.20 is optical sleeve sensor connector, 11.2
1 is the sheath, 12.22 is the end cap, 13.23 is the chemical indicator material, and 14.24 is the cavity. FIC;, 4

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)その一部に閉鎖端に当接する光学的に活性な化学
的指示薬を充填し、残部は光ファイバーコアのための開
いたソケット空胴であるシールされた縦方向の環状通路
を有するチューブ状さやよりなる光ファイバーコネクタ
ー。
(1) A tubular shape with a sealed longitudinal annular passage whose part is filled with an optically active chemical indicator abutting the closed end and the remainder is an open socket cavity for the optical fiber core. An optical fiber connector made of pods.
(2)前記さやは、気体透過性ポリマー材料よりなり、
前記化学的指示薬は酸素消光蛍光染料である第1項の光
ファイバーコネクター。
(2) the pod is made of a gas-permeable polymer material;
The fiber optic connector of clause 1, wherein said chemical indicator is an oxygen-quenching fluorescent dye.
(3)前記さやは、固定化グルコースオキシダーゼのサ
ンドイッチ層と、そして気体透過性材料の上側層をさら
に含む第2項の光ファイバーコネクター。
(3) The fiber optic connector of clause 2, wherein the sheath further comprises a sandwich layer of immobilized glucose oxidase and an upper layer of gas permeable material.
(4)前記気体透過性ポリマー層は、ポリプロピレン、
四フッ化エチレン、ポリジメチルシロキサンよりなる群
から選ばれた気体透過性ポリマーである第3項の光ファ
イバーコネクター。
(4) The gas permeable polymer layer comprises polypropylene,
The optical fiber connector of item 3, which is a gas permeable polymer selected from the group consisting of tetrafluoroethylene and polydimethylsiloxane.
(5)前記固定化グルコースオキシダーゼ層はグルタル
アルデヒドで架橋したグルコースオキシダーゼを含む第
3項の光ファイバーコネクター。
(5) The optical fiber connector according to item 3, wherein the immobilized glucose oxidase layer contains glucose oxidase crosslinked with glutaraldehyde.
(6)(a)光ファイバーコアと、 (b)シールされた縦の環状通路を形成し、そのシール
された部分は光学的に活性な化学的指示薬セグメントと
、そして該通路の残部はさやのまわりの物理的連結およ
び光ファイバーと化学的指示薬の間の光学的連結を実現
するように光ファイバーコアを収容するチューブ状さや を備えている光ファイバープローブセンサー。
(6) forming (a) an optical fiber core; (b) a sealed vertical annular passageway, the sealed portion of which is an optically active chemical indicator segment, and the remainder of the passageway around a sheath; A fiber optic probe sensor comprising a tubular sheath housing an optical fiber core to provide a physical connection between the optical fiber and the chemical indicator.
(7)前記さやは気体透過性ポリマー材料よりなり、前
記化学的指示薬は酸素消光蛍光染料である第6項の光フ
ァイバープローブセンサー。
(7) The fiber optic probe sensor of clause 6, wherein the sheath is comprised of a gas-permeable polymeric material and the chemical indicator is an oxygen-quenching fluorescent dye.
(8)前記さやは固定化グルコースオキシダーゼのサン
ドイッチ層と、そして気体透過性材料の上側層をさらに
含む第6項の光ファイバープローブセンサー。
(8) The fiber optic probe sensor of clause 6, wherein the pod further comprises a sandwich layer of immobilized glucose oxidase and an upper layer of gas permeable material.
(9)前記気体透過性ポリマー層は、ポリプロピレン、
四フッ化エチレン、ポリジメチルシロキサンよりなる群
から選ばれた気体透過性ポリマーである第6項の光ファ
イバープローブセンサー。
(9) The gas permeable polymer layer comprises polypropylene,
The optical fiber probe sensor of item 6, which is a gas permeable polymer selected from the group consisting of tetrafluoroethylene and polydimethylsiloxane.
(10)前記固定化グルコースオキシダーゼ層は、グル
タルアルデヒドで架橋したグルコースオキシダーゼを含
む第8項の光ファイバープローブセンサー。
(10) The optical fiber probe sensor according to item 8, wherein the immobilized glucose oxidase layer contains glucose oxidase crosslinked with glutaraldehyde.
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